应力滞后对混凝土结构加固设计的影响.pdf

第l l 期 2 O o 5 年l 1 月 广东 土木 与建筑 GUANGD0N G ARC HI T E C T URE CI VI L E NGI N EER I NG N o 1 1 N 0V 2 0 o 5 应力滞后对混凝土结构加 固设计的影响 劳新 龙 ( 广 东省 建筑科 学研 究 院 广 g ,Ii 5 1 0 5 0 0 ) 摘 要 ： 加固结构属 于二次受力 ， 文 中探 讨应力滞后对 受压 、 受弯、 受剪构件加固设计 的影响 ， 供 同行参考 关键 词 ： 应 力 滞后 ；卸 载 ；应 变 1 概述 加 固结构 属 于二 次 受力 ， 在 不卸 载 或 部分 卸 载 的情况 下 ， 加 固前 原结 构 已经产 生应 力和变 形 ， 后 加 固部 分结 构要受 力 ， 就必须 产生 新 的应变 ， 而 新 旧结 构产生应力应变的起点是不同的 ， 导致结构破坏时 往往是旧结构首先破坏和退出T作 ， 新增部分结构 应力 陡增 ， 类似 于产 生逐个 击破 的现 象 。 2加 固设计 的基本 假定 加 固结构计算时 ， 一般采取 以下假定 ， 即 ： 截面 变形仍保持平面 ； 不考虑混凝土抗拉强度： 混凝 土轴 心受 压应 力 与 应变 的关 系 呈抛 物 线 型变 化 ， 极 限应 变值 = 0 0 0 2 。 = 2 ( 棚 ) 一 ( ) ( 1 ) 式 中 ： ： 为混 凝土 轴心抗 压强 度设 计值 。 3加 固设 计方 法 当轴心 受 压柱 采用 加 大 截 面法 加 固 时 ， 首先 考 虑加固时点的柱应力水平 ，当原柱达到承载极限时， 首先被压破坏， 然后再击破后加部分混凝土。极限承 载 力采 用下 式计算 ： N = ( A l + A 1 + A 2 e 2 +A s 2 s 2 ) ( 2 ) 式中： 、 、 分别为原柱混凝土 、 钢筋 的截面 面 积及其 抗 压强 度设 计 值 ； 。 ： 、 、 小 s 2 分 别 为 新加 混凝 土 、 钢筋 的截 面面积 及其 压应 力值 ； 为新 加结构纵向稳定系数。 求得 值的关键是确定 小 这两个值均未 达 到极 限强 度值 其大 小 与加 固前 混凝 土实 际应 变 与混凝土极 限应变的差值 。 = 一 。 有关 ， 差值越 o l O f o 0 2 图 l 新 增 钢 筋 及 混凝 土 应 力 应 变 曲线 大则 2 、 越大 。 当 l = 0时 ， 原 柱混 凝土 已达 到 极 限状 态 ， 新加 部 分基本 不起 作用 。 为确 定 2 、 s 2 值 ， 令 ： a = 8 f n 8 = 8 d 7 f n a s： 8 f 式 中 ： 为 新 加 混 凝 土 强 度利 用 系数 ； 为 原 柱 混 凝 土应力水 平指标 ： 为新 加钢筋强 度利用 系数 ， 当 l 时 ， 说 明钢筋 已进人塑性 区， 可取 = l ， 则 ： =l 一 ( 1 一、 T 二 ) = 、 T 二 歹( 5 o o f r z ) 代人式( 2 ) 。 则有 ： v ( A 1 +A 1 1 + A c 2 c r 2 + A ) ( 3 ) 对于 抗 弯不 足 的 加 固 ， 因热 轧 钢 筋 的极 限应 变 可达 0 0 1 加 固构件 破 坏 时新 加钢 筋 可达 其 抗拉强 度 ， 且构件中原钢筋应变仍可满足 。 ， 故受拉 区增加钢筋加固的构件仍按一般受弯构件计算。 6 = f r l A 1 - f r , A l + f r 2 A 2 ( 4 ) M 1 A 1 ( 0 1 一 专 ) 1 A 1 ( 专 一 ) + 2A ( m 一 专 ) ( 5 ) 对 于抗 剪加 固 由于剪 切破 坏属 于脆性 破 坏 类 似 柱 子 的轴 心受 压 当原结 构 混 凝 土达 到 极 限应 变 时 构 件即 发生剪 切 破坏 面退 出工作 ， 新 加 固部 分结 构 然 后被 击 破 因 此新 加 部 分结 构 破 坏 时的 受 力大 小 与原结 构 的 应力 水平 有 关 ， 新 加部 分 钢 筋 或混凝 土 的承 载力 计算 中必然 要 引入 系数 、 ，以表示 6 3 维普资讯 2 O o 5 年1 1 月 第l 1 期 劳 新龙： 应力 滞后对 混凝土 结构加固 设 计的 影响 N 0 V 2 O o 5 N o 1 1 新加部分混凝土和钢筋的强度利用程度。 、 的 大小与原结构应力水平有关 ， 显然其受力越大则应 力水平指标越高， 、 越小则反之越大。因此 ， 在 加 固抗 剪 强度 不 足 的构 件时 也 尽 可 能 对原 结 构 进 行 卸载 以充分 利 用新加 部分 结构 的材 料强 度 。 4加 固实例 分析 某 7 层 办公楼工程 建于 8 O年 代 ， 属“ 五无 ” 工 程 ， 业 主委托有 关 机构对该 房屋进 行 安全性 鉴定 ，发 现 部 分柱 强度偏 低 于是进 行 安全性 复核 ， 结果 轴压 比 远 远 超 出设计 规 范 ， 需要 进 行 加 固补 强 。经充 分 比 较 ， 决 定采用 加大 截面 法进行 加 固 ， 其 中首 层一 中间 柱截面为 4 5 0 x 5 0 0 ， 柱高 4 5 m。 检测评定的混凝土强 度等级 为 C 1 5 其 配筋 如图 2 a 所 示 。 由于其中三边设备所限 故决定采用单面加大 截面法进行加固 考虑到首层使用功能的要求 业主 要求尽可能减小增大截面部分的尺寸 ， 以保证 内部 空 间 和美 观 。承 载 力验 算 时 设 以下 参数 ： C1 5混 凝 土 = 7 2 N ra m ， 1 I 级钢筋 = 3 o 0 N m m ， L = 4 5 m， 6 = 4 5 0 m m， L b = l O ， = O 9 8 。 N u 1 = ( A 1 l + 1 1 ) - - 0 9 8 x ( 7 2 2 4 7 5 0 0 + 3 0 0 x 2 5 1 2 ) = 2 4 8 5 k N 经 计算 该 柱轴 力 为 3 3 9 8 k N 明显 为 承 载力 不 足 其可靠度承载力鉴定系数为： y= N u = 2 4 8 5 3 6 0 0 = 0 6 9 承载力等级为 级 ， 必须进行加 固， 其方案为 ( 1 )不卸载 单边增大 2 5 0 m m， 如图 2 b ， 混凝土 强 度等 级 为 C 2 5 ， = l 1 9 N mm ， A c 2 = 1 2 5 x l 0 5 mm ， A = 1 5 7 0 mm 2 ，不计荷载分项系数同时不计活荷载作 用后 ， 原柱应力水平指标 p= o 9 1 ， 则 = 0 5 1 ， = 0 4 2 ， u = ( A l 1 l l + A c 2 2 + A s 2 s 2 ) =3 4 5 0 k N 3 3 9 8 k N， 满足要求 。 如 大 截面 1 5 0 mm， 则 N= 3 1 4 4 k N 3 3 9 8 k N， 仍满足要求。 所 以卸载对结构加固承载力影响很大 ， 尤其是 当原结构工作应力值较高时 影响更显著。本例中， 卸 载后 加 固混凝 土面积 可 以减少 5 O 以上 。 5 结 束语 5 1 混 凝土 的极 限应 变远 小 于钢筋 ， 且 在 达 到极 限 应 变时 没有 延性过 程 属脆性 破坏 ， 加 固后结 构极 限 承 载 力取决 于 混凝 土 的极 限应变 ，因此 抗压承 载力 不足的加固效果与原混凝土的应力水平有密切关系， 设 计时应 充分 考虑原 结构 的应 力水 平大 小 ，必要 的 卸 载 可以大 大提 高加 固效果 。 5 2 对于抗弯不足的受拉面加固， 由于钢筋的极 限 应变 大 ， 一 般可 以不 考虑卸 载 ， 直接在 原结 构 面上加 固 ， 后加部分钢筋( 或钢板 ) 仍可按设计抗拉强度计 算 即强度 利用 系数 s = l 。 5 3 对于抗剪不足的加固，类似与轴心受压加 固， 应充分考虑应力滞后对加 固效果 的影响 ， 有条件时 应卸 载后 再进 行加 固 。 5 4为保证共同受力 必须保证新旧混凝土结合面 的抗 剪 能力 ， 必要 时进行 抗剪 能力 验算 ， 同时 处理 好 各 连接 节 点构 造 如加 大 部分 混 凝 土 同基 础承 台 、 框 架节点处梁板 的连接等。 参考文献 l G B 5 o o l 0 2 o o 2 混凝土结构设计规 范 2王赫建筑工程事故处理手册 一 塑 一 + + - j ( b ) ( c ) 图 2加固柱截面 T、 尉 一 T ， l 维普资讯